Cristalli temporali: un nuovo stato della materia creato in laboratorio

In un’impresa che segna una pietra miliare nella storia della fisica, un team di scienziati è riuscito a trasformare un computer quantistico in  cristalli temporali. Questa straordinaria scoperta, apre le porte a nuove e affascinanti possibilità di esplorare le leggi fondamentali dell’Universo.

Creati cristalli temporali con computer quantistici

Mentre i cristalli tradizionali presentano una struttura ripetitiva nello spazio, i cristalli temporali presentano una ripetizione periodica nel tempo. Immaginate un orologio che, invece di ticchettare in modo uniforme, presenta un pattern ricorrente ma irregolare. Questa proprietà  rende i cristalli temporali estremamente affascinanti e contraddicono alcune delle nostre intuizioni più profonde sulla natura del tempo.

La creazione di cristalli temporali è stata resa possibile grazie all’utilizzo di computer quantistici. Questi straordinari strumenti di calcolo, che sfruttano i principi della meccanica quantistica, hanno permesso ai ricercatori di manipolare la materia a livello atomico con una precisione mai vista prima. In particolare, il team ha utilizzato il computer quantistico Sycamore di Google per creare un gruppo di qubit (i bit quantistici) che si comportavano come un cristallo temporale.

Lo studio

Questa scoperta ha profonde implicazioni sia per la fisica fondamentale che per le applicazioni tecnologiche. I cristalli temporali rappresentano un nuovo stato della materia, aprendo la strada a una migliore comprensione delle leggi che governano l’Universo. Questa ricerca potrebbe portare allo sviluppo di computer quantistici più potenti ed efficienti, in grado di risolvere problemi attualmente intrattabili per i computer classici.

La loro creazione è solo l’inizio di un lungo percorso. I ricercatori stanno ora lavorando per approfondire la comprensione di questi affascinanti oggetti e per esplorarne le potenziali applicazioni. È probabile che nei prossimi anni assisteremo a nuove e sorprendenti scoperte in questo campo, che potrebbero rivoluzionare la nostra visione del mondo.

La trasformazione di un computer quantistico in un cristallo temporale rappresenta una pietra miliare nella storia della scienza. Questa scoperta apre la strada a nuove e affascinanti possibilità di esplorare le leggi fondamentali dell’Universo e di sviluppare tecnologie innovative. Non ci resta che attendere con trepidazione i prossimi sviluppi in questo campo.

Abbiamo già accennato al fatto che i cristalli temporali presentano una ripetizione periodica nel tempo, a differenza dei cristalli spaziali che presentano una struttura ripetitiva nello spazio. Cosa significa questo a livello fondamentale?

Rottura spontanea della simmetria del tempo: in un cristallo temporale, il sistema si organizza in uno stato che rompe spontaneamente la simmetria di traslazione temporale. In pratica, il sistema non è più invariante sotto traslazioni nel tempo, ma mostra un pattern che si ripete periodicamente.

Energia di punto zero: un’altra caratteristica fondamentale è la loro energia di punto zero, ovvero l’energia minima che un sistema può avere anche allo zero assoluto. In questi sistemi, l’energia di punto zero non è costante, ma oscilla periodicamente nel tempo.

I qubit, i bit quantistici, possono esistere in più stati contemporaneamente (superposizione) e possono essere intrecciati tra loro. Questa proprietà ha permesso ai ricercatori di creare e controllare stati della materia altamente complessi.

I computer quantistici possono essere utilizzati per simulare altri sistemi quantistici. In questo caso, il computer quantistico è stato utilizzato per simulare un sistema di spin atomici che si comportava come un cristallo temporale e offrono un livello di precisione e controllo senza precedenti nella manipolazione dei sistemi quantistici, consentendo di creare e studiare fenomeni estremamente delicati.

Un tipo di cristallo temporale descritto come “topologico” ha un vantaggio sugli altri. Mentre le oscillazioni isolate possono esibire caratteristiche di cristallo temporale all’interno di una zona specifica di particelle che si ripetono nello spazio, un cristallo temporale topologico mostra l’oscillazione del pendolo come una caratteristica di massa di un sistema più generale, tutto grazie a quello stesso fenomeno di entanglement quantistico.

Conclusioni

I ricercatori hanno utilizzato il computer quantistico Sycamore per creare un gruppo di qubit. Questi qubit sono stati sottoposti a una sequenza di operazioni quantistiche che hanno portato alla formazione di uno stato corrispondente a un cristallo temporale. In sostanza, i qubit hanno iniziato a oscillare in modo periodico e correlato, formando un pattern che si ripeteva nel tempo.

La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications.